馬馨雅

摘 要：在高校中，普遍存在著實(shí)驗(yàn)室數(shù)目多，涉及的范圍廣等諸如此類(lèi)的問(wèn)題，從而帶來(lái)了管理上的困難。本文研究了基于樹(shù)莓派的智能實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)，旨在幫助高校減輕在管理實(shí)驗(yàn)室方面的煩惱。

關(guān)鍵詞：樹(shù)莓派；智能實(shí)驗(yàn)室；管理系統(tǒng)

1 緒論

這幾年以來(lái)，“智能”二字出現(xiàn)在我們生活中的頻次愈來(lái)愈高。智能化的設(shè)備、系統(tǒng)，其根本原因是為了減輕人們的工作量，提高工作效率，為用戶(hù)提供便利。在高校中，普遍存在著這樣的問(wèn)題——實(shí)驗(yàn)室的數(shù)目多，涉及到的范圍廣[1]，管理起來(lái)較為繁瑣，并且教師們往往不會(huì)十分盡心盡力地去管理實(shí)驗(yàn)室，而使用實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生們通常又不會(huì)自覺(jué)地、主動(dòng)地留意到實(shí)驗(yàn)室的管理問(wèn)題。但是規(guī)范地管理實(shí)驗(yàn)室能夠有效地避免一些問(wèn)題，例如安全問(wèn)題等。因此，實(shí)驗(yàn)室的管理問(wèn)題是一個(gè)急需解決的問(wèn)題。

Raspberry PI，即樹(shù)莓派，這是一款基于Linux系統(tǒng)的，開(kāi)放式的嵌入式系統(tǒng)[3]。本文試圖研究一套基于樹(shù)莓派的智能實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)，在減少實(shí)驗(yàn)室管理的人力成本的同時(shí)，提升實(shí)驗(yàn)室管理的效率，實(shí)時(shí)監(jiān)控并及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。并且，該系統(tǒng)能夠在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的同時(shí)盡快給出合理的解決方案，以避免意外的發(fā)酵。

2 功能設(shè)計(jì)

2.1 理論設(shè)計(jì)

本文中所研究的基于樹(shù)莓派的智能實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)，主要是由電閘控制模塊，云管理平臺(tái)以及圖像采集模塊這三個(gè)部分組成，右圖中所展示的是該系統(tǒng)的主要架構(gòu)。該系統(tǒng)的主要功能是能夠監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室中的用電情況，合理斷電，防止意外發(fā)生。

從圖上可以看到，在電閘控制模塊中，還涉及到了一個(gè)名為Arduino的硬件。這是一款基于AVR的微控制器的開(kāi)源硬件[4]。本文中涉及到的樹(shù)莓派和Arduino都是開(kāi)源的，因此該智能實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本相對(duì)較低，適合在各大高校中廣泛推廣使用。

從右圖我們可以清晰地看到，圖像采集和處理模塊由樹(shù)莓派、攝像頭和顯示器構(gòu)成的。這個(gè)模塊主要負(fù)責(zé)采集圖像，并通過(guò)對(duì)所采集到的圖像的處理，來(lái)智能地判斷實(shí)驗(yàn)室中是否還有人的存在。這樣一來(lái)，這個(gè)模塊就能夠起到代替管理員監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室的狀態(tài)，降低了人力成本，又同時(shí)提高了效率。

電閘控制模塊則能夠根據(jù)圖像采集和處理模塊的判斷，即是否應(yīng)該切斷電路，來(lái)控制實(shí)驗(yàn)室的電閘的通斷情況。由于實(shí)驗(yàn)室中，通常使用的電流較大，因此我們使用了交流接觸器作為電閘來(lái)控制電力的通與斷。接觸器自身則由固態(tài)繼電器控制，而固態(tài)繼電器又由Arduino控制。

云平臺(tái)集合了控制與管理功能，電閘的狀態(tài)由Arduino傳送到云平臺(tái)中。管理員能夠在移動(dòng)端上輕松地通過(guò)云平臺(tái)來(lái)遠(yuǎn)程監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)作狀態(tài)，還能夠控制電閘的通斷。

2.2 云平臺(tái)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)準(zhǔn)備采用PHP語(yǔ)言來(lái)開(kāi)發(fā)云平臺(tái)的后端，采用ThinkPHP3.2框架，因?yàn)門(mén)hinkPHP是基于MVC模式的，提供了RestController，能夠提升API的開(kāi)發(fā)速度，同時(shí)提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。部分API如下表所示，數(shù)據(jù)采用JSON編碼。數(shù)據(jù)庫(kù)準(zhǔn)備采用開(kāi)源的MySQL。使用響應(yīng)式布局以適配不同尺寸的移動(dòng)端。

3 總結(jié)

為了解決目前在各大高校中存在的一些實(shí)驗(yàn)室的管理層面上的問(wèn)題，本文提出了一套基于樹(shù)莓派的智能實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)。基于樹(shù)莓派的智能實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)具有成本低，可靠性較高，執(zhí)行性好等優(yōu)點(diǎn)[5]。同時(shí)，該系統(tǒng)能夠在減少管理實(shí)驗(yàn)室的人力成本的基礎(chǔ)上，有效地提高實(shí)驗(yàn)室的管理效率，實(shí)時(shí)監(jiān)控并發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室中存在的問(wèn)題，從而針對(duì)問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)地處理，合理避免意外的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]茆玉辰，張宸烽，史洪瑋.基于LabVIEW的智慧實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2017，13（16）：46-48.

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[3]李龍棋，方美發(fā)，唐曉騰.樹(shù)莓派平臺(tái)下的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[J].閩江學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，35（5）：67-72.

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[5]霍昕澤.基于樹(shù)莓派的智能監(jiān)控系統(tǒng)[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2017，7（11）：105-106.